β-丙氨酸对运动大鼠肌肉糖代谢的影响

2018-12-06叶碧璇曹建民

运动 2018年16期

叶碧璇，曹建民，黄聪，曹卉

（1.江苏省体育科学研究所，江苏南京 210033；2.北京体育大学，北京 100084）

β-丙氨酸是一种非必需氨基酸，在体内主要作用是与L-组氨酸合成肌肽。β-丙氨酸补充还被证实对运动性能变量如循环功能、通气阈值、疲劳时间等具有有利影响。由于其对运动能力的促进作用，并且天然存在于肉类和鱼类中，还未被列为兴奋剂范畴，β-丙氨酸在世界范围内迅速发展成为广受欢迎的运动补剂，用于提高大强度运动能力；然而，关于补充的许多方面问题，如潜在的副作用及其作用机制，还需要进行更多更彻底的研究。有观点指出，补充β-丙氨酸是通过提高骨骼肌中肌肽含量来改善身体机能的，对于短时间大强度运动效果更好。肌肽已被证实具有缓冲H+、抗氧化等特性，也有研究指出，肌肽可以改善小鼠糖代谢的作用，促进细胞葡萄糖磷酸化刺激糖酵解，以增加短时间大强度运动能力，但是更多相关的研究较少。所以，本研究探讨补充β-丙氨酸对运动大鼠肌肉糖代谢相关指标的影响，从而探索β-丙氨酸提高运动能力可能的机制。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

β-丙氨酸对运动大鼠肌肉糖代谢的影响。

1.2 研究方法

40只8周龄SPF级健康雄性SD大鼠，体重（285.55±18.93）g。适应性饲养7d，后3d进行适应性跑台训练，速度8.2m/min，10min/d。所有大鼠随机分成4组（n=10）：间歇运动低剂量补剂组（LI组）、间歇运动高剂量补剂组（HI组）、间歇运动补水组（WI组）、空白对照组（BC组）。饲养条件：温度（24±2）℃，湿度45% ～ 70%，照明时间 12h（6：00—18：00）。大鼠分笼饲养（3～5只/笼），饲养期间食用标准饲料，自由饮食、饮水，3～4d换1次垫料。

1.2.1 补剂方案每2d称1次大鼠体重，LI组补充β-丙氨酸剂量为1g/kg体重，HI组补充β-丙氨酸剂量为1.5g/kg体重，补充4周。将β-丙氨酸用蒸馏水溶解混匀，对LI、HI组进行灌胃，每日1次；WI、BC组每日用相同体积的蒸馏水灌胃。

1.2.2 运动方案运动组采用间歇训练（表 1），跑台速度为 50 m/min，时间 6 min，休息5 min后，继续依此速度训练3次，运动强度＞80%VO2max。每周6d，每天 8：00—12：00期间训练，共训练 4周。空白对照组保持安静状态。

表1 大鼠间歇训练跑台方案

1.2.3 取材测试实验动物经过4周补充β-丙氨酸补充后，运动组进行相应训练负荷的训练后进行宰杀，安静组直接宰杀，于冰上取腓肠肌，立即投入液氮，-80℃保存。采用邻苯二甲醛柱前衍生化高效液相色谱法测定大鼠腓肠肌中肌肽含量，比色法腓肠肌中肌糖原含量、己糖激酶（HK）活性。

1.2.4 数据分析实验数据采用SPSS 20.0软件进行统计学处理，所有测试结果均采用平均数±标准差（±SD）来表示，首先检验数据的正态分布及方差齐性。采用ANOVA检验进行统计分析，P＜0.05表示差异有显著性意义，P＜0.01表示差异有非常显著性意义。

2 结果

2.1 各组大鼠腓肠肌中肌肽含量结果

比较各组大鼠腓肠肌中肌肽含量，图1显示，没有补充β-丙氨酸的运动组肌肽平均值虽然相较安静组来说偏低，但WI组和BC组2组之间没有显著性差异（P＞0.05）。对进行间歇训练的3组大鼠腓肠肌中肌肽含量对比发现，LI组显著高于WI组（P＜0.05），HI组也显著高于WI组（P＜0.01），HI组与 LI组相比并无显著性差异（P＞0.05），但比较其均数发现，HI组较LI组高。

2.2 β-丙氨酸对间歇训练大鼠肌肉糖代谢的影响

比较各组大鼠腓肠肌肌糖原含量结果（表2）发现，虽然LI组、HI组和WI组3组大鼠腓肠肌肌糖原含量之间无显著性差异，但是LI组均值比HI组和WI组低。没有补充β-丙氨酸的2组大鼠，WI组大鼠腓肠肌HK活性显著低于BC组（P＜0.05）。比较间歇训练的各组大鼠腓肠肌HK活性发现，LI组显著比HI组和WI组高（P＜0.01），而HI组大鼠腓肠肌HK活性与WI组相比，均数较高，但没有显著性差异（P＞0.05）。

3 讨论

3.1 补充β-丙氨酸对训练大鼠肌肉肌肽的影响

由于不同物种的肌肉总量不同，不同物种体内的肌肽含量也各不相同，肌肉中肌肽含量受到肌纤维类型、性别、年龄、β-丙氨酸补充量等因素的影响。研究显示，快肌纤维中的肌肽含量要显著高于慢肌纤维。在基于高效液相色谱法测定单种纤维肌肽含量时发现，快肌纤维的肌肽含量是慢肌纤维肌的1.3～2倍。因为在糖酵解供能中，能量传递在数量上和质量上都尤为重要，这也符合肌肽作为PH缓冲物质的功能作用的角色。人的骨骼肌中快肌纤维为主的如腓肠肌的肌肽含量就明显高于慢肌纤维为主的比目鱼肌。动物中，常常表现为冲刺性、爆发性以及长期无氧性活动一类的初始肌肽含量较高。同时，人类运动员中，从事无氧运动项目，如短跑运动员、健美运动员肌肉内肌肽含量也较高。

图1 各组大鼠腓肠肌肌肽含量

表2 各组大鼠腓肠肌肌糖原含量、HK活性±S

注：△表示与BC组相比有显著性差异，P＜0.05；**表示与WI组相比有非常显著性差异，P＜0.01；##表示与HI组相比有非常显著性差异，P＜0.01。

组别腓肠肌肌糖原/（mg/g）肌肉HK活性/（U/g）0.211±0.115**##0.088±0.050 0.062±0.036△0.116±0.046 LI（n=10）HI（n=10）WI（n=10）BC（n=10）1.68±0.44 2.06±0.78 2.00±0.81 2.06±0.61

肌肽在人体骨骼肌中以高浓度存在，但存在很大的个体差异，这种差异可能与遗传基因有关，年龄和性别也是重要的决定性因素。比较发现，男性骨骼肌肌肽含量高于女性，但是关于性别对肌肉肌肽含量的影响还缺乏系统的研究，Tallon指出，男性和女性在不同肌纤维类型的肌肽含量上没有差异，认为这种差异可能与男性骨骼肌高快肌纤维比例有关。Baguet等人的研究发现，男性经过青春期肌肉中肌肽含量上升，而女性则没有明显的变化。从青春期前到青春期，男性腓肠肌中肌肽增加了22.9%，比目鱼肌中增加44.6%，与Penafiel的动物实验数据一致。肌肉中肌肽含量从成年开始随着年龄的增加而减少。年龄的增长伴随着快肌纤维向慢肌纤维过渡，从而导致肌肉中肌肽含量下降。

体内β-丙氨酸主要来源是饮食中肉或鱼摄取的二肽经水解生成，另外尿嘧啶在肝脏中降解也可以得到β-丙氨酸。β-丙氨酸是体内肌肽合成的限速因素，很多研究已经证实，长期补充β-丙氨酸可以有效提高肌肉中的肌肽含量。

目前大部分研究结果显示，虽然肌肽含量与肌纤维类型有关，但是短期的运动训练对肌肽含量的影响较小。Harris研究表明，体育专业学生进行10周的力量训练，每周4次，2次练习上半身力量，2次练习下半身力量，虽然肌肉的体积和肌力得到增强，但却不能增加肌肉中肌肽的含量；然而如果每天额外补充800mgβ-丙氨酸，10周力量训练后肌肽含量明显增加。Harris的另一发现是进行5周的间歇性高强度训练，每周3d，强度为140%～170%乳酸阈，肌肉中肌肽含量也没有出现改变。本研究结果显示，没有补充β-丙氨酸的2组大鼠腓肠肌中肌肽含量并没有显著性差异，说明4周的间歇训练不会对大鼠肌肽带来改变，这与先前的研究一致。

本研究发现，补充β-丙氨酸可以提高间歇训练大鼠的肌肽含量。给间歇训练的大鼠同时补充β-丙氨酸4周，低剂量组的大鼠腓肠肌中肌肽含量显著高于补水组，高剂量组的大鼠腓肠肌中肌肽含量也显著高于补水组并且差异非常显著，说明补充β-丙氨酸的确可以引起大鼠骨骼肌肌肽含量的增高。低剂量和高剂量之间没有统计学差异，但比较均值可以发现，高剂量组腓肠肌肌肽含量平均值较高。Harris的人体实验研究也指出，经过4周β-丙氨酸的补充，3.2g/d，及6.4g/d的剂量2组肌肉中肌肽增加量分别为42.1%和64.2%。Everaert等人研究发现，分别给小鼠饮用含0.6%和1.2%β-丙氨酸的水8周，饮用含0.6%β-丙氨酸的水的小鼠肌肉肌肽并没有显著性差异，而饮用含1.2%β-丙氨酸的水的小鼠肌肉肌肽含量显著提高了156.4%。同时，Everaert还指出，每天至少给小鼠补充1g/kg体重的β-丙氨酸才能达到显著提高肌肉肌肽的作用。多项研究结果表明，补充β-丙氨酸可以显著提高肌肉肌肽含量，补充剂量越大，肌肽提高得越多。

3.2 补充β-丙氨酸对间歇训练大鼠肌糖原的影响

运动过程中，肌肉中的葡萄糖供给来自2个方面：第一是肌糖原的分解，第二就是肌肉从血液中摄取的葡萄糖。耐力训练和间歇高强度训练可以提高糖原的生物合成量，补充谷氨酰胺可以及时提高运动后的肌糖原储备。本研究发现，4周高强度间歇运动训练后，运动组的大鼠运动后肌糖原含量与安静组没有显著性差异。分析原因可能是间歇运动训练提高了大鼠肌肉肌糖原含量，而经过3组间歇运动，肌糖原有所消耗，以至于运动后肌糖原水平与安静组无统计学差异。实际上，补充β-丙氨酸对糖原储备影响的相关研究也较少。Gross等的研究发现，高强度间歇运动训练造成的肌糖原含量增加，在安静状态下和运动后活检与其他实验的报告结果是一致的，包括耐力训练、爆发力训练或者11天的高强度训练之后肌糖原储备的增加。他们还发现，不论是运动前、运动后的单次补充β-丙氨酸，还是11天的大强度间歇运动加补充β-丙氨酸与安慰剂组相比肌糖原储备并没有显著性差异。运动过程中，运动强度越大，肌糖原的利用率也越高；长时间中等强度运动，随着运动时间的延长，肌糖原的利用率随之下降。作为肌肉的能源储备，肌糖原的降低会导致肌浆网钙离子释放率降低，从而引起疲劳以及延缓最大功率输出训练4h后的恢复。本研究经过给间歇运动大鼠30天补充不同剂量的β-丙氨酸后发现，大鼠肌糖原并没有出现显著性差异。由此可见，额外的补充β-丙氨酸并没有改变高强度间歇训练大鼠运动后的肌糖原。

3.3 补充β-丙氨酸对间歇训练大鼠肌肉己糖激酶的影响

HK是骨骼肌中催化葡萄糖生成G-6-P的关键酶，研究显示，运动训练等可以增加骨骼肌HK蛋白含量或机能活性从而增加肌肉耐力。耐力训练和间歇训练都会提高骨骼肌HK的活性，但是对HK活性的影响效果却不尽相同；有氧和无氧交叉训练能很好地改善骨骼肌的HK活性，高速无氧间歇训练相对而言效果更好。在运动过程中，肌糖原充足的情况下，G-6-P产生积累，反馈抑制HK的活性，这一反馈对于运动过程中骨骼肌是选择葡萄糖或者是血糖作为酵解底物具有重要意义。长时间运动时，肌糖原大量排空，肌糖原分解产生的G-6-P减少，对HK的抑制也减少，从而使骨骼肌摄取和利用血糖增加。本研究结果显示，间歇训练组的大鼠肌肉HK活性显著比安静组低，分析结果可能由于运动过程中葡萄糖分解产生G-6-P增多反而对HK活性产生量抑制。本研究还发现，补充β-丙氨酸对间歇训练大鼠肌肉HK活性有非常显著性影响；低剂量补充β-丙氨酸可以非常有效地提高运动大鼠肌肉HK活性，高剂量却没有这个效果。高剂量补充β-丙氨酸可能带来其他机制的影响带来HK活性没有改变，研究表明，牛磺酸可以促进细胞对葡萄糖的利用来改善运动能力，牛磺酸是β-丙氨酸的磺酸类似物，过高的β-丙氨酸补充可能会部分抑制肌肉中牛磺酸的转运，可能影响到了HK的活性。总体来说，补充β-丙氨酸可以非常有效地促进肌肉的葡萄糖分解，低剂量效果更好。